MIPS functions and procedures

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών - Μηχανικών Υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Νεκτάριος Κοζύρης MIPS functions and procedures

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Βήματα στην εκτέλεση μιας διαδικασίας (procedure) 1. Τοποθέτηση παραμέτρων 2. Μεταβίβαση ελέγχου στη διαδικασία 3. Λήψη πόρων αποθήκευσης 4. Εκτέλεση επιθυμητής εργασίας 5. Τοποθέτηση αποτελέσματος σε θέση προσβάσιμη από καλούν πρόγραμμα (caller) 6. Επιστροφή ελέγχου στο σημείο εκκίνησης 1

4 Κλήση διεργασιών: Σύμβαση κατανομής καταχωρητών $a0-$a3: τέσσερις καταχωρητές ορίσματος (argument regs) $v0-$v1: δύο καταχωρητές τιμής (value regs) $ra: καταχωρητής διεύθυνσης επιστροφής (return address reg) 2

5 Άλμα και σύνδεση (jump and link) PC: Μετρητής προγράμματος (program counter) Κρατάει τη διεύθυνση της εντολής που εκτελείται jal ΔιεύθυνσηΔιαδικασίας $ra PC+4 PC ΔιεύθυνσηΔιαδικασίας Γιαναεπιστρέχουμεκαλούμε jr $ra 3

6 Άλμα και σύνδεση (jump and link) - Σύνοψη 1. Ο caller τοποθετεί τιμές παραμέτρων στους $a0-$a3 2. Καλεί jal X για να μεταπηδήσει στη διαδικασία X (callee) 3. Εκτελεί υπολογισμούς 4. Τοποθετεί αποτελέσματα στους $v0 - $v1 5. Επιστρέφει με jr $ra 4

7 Χρήση πολλών καταχωρητών σε διαδικασίες; Τι γίνεται αν έχουμε >4 ορίσματα ή/και >2 αποτελέσματα; Χρησιμοποιούμε στοίβα (stack) Last-In-First-Out push, pop μικραίνει μνήμη υψηλές διευθύνσεις $sp μεγαλώνει χαμηλές διευθύνσεις 5

8 Παράδειγμα int leaf_example(int g, int h, int i, int j) { int f; g, h, i, j αντιστοιχίζονται στους $a0, $a1, $a2, $a3 f αντιστ. $s0 } f = (g+h) (i+j); return f; 6

9 Παράδειγμα int leaf_example(int g, int h, int i, int j) { int f; } f = (g+h) (i+j); return f; Σκονάκι g:$a0, h:$a1, i:$a2, j:$a3, f:$s0 leaf_example: addi $sp,$sp,-12 sw $t1, 8($sp) #σώζουμε $t1 sw $t0, 4($sp) #σώζουμε $t0 sw $s0, 0($sp) #σώζουμε $s0 add $t0, $a0, $a1 add $t1, $a2, $a3 # f=(g+h) (i+j); sub $s0, $t0, $t1 add $v0, $s0, $zero lw $s0, 0($sp) #επαν. $s0 lw $t0, 4($sp) #επαν. $t0 lw $t1, 8($sp) #επαν. $t1 addi $sp, $sp, 12 jr $ra # πίσω στον caller 7

10 leaf_example: addi $sp,$sp,-12 sw $t1, 8($sp) #σώζουμε $t1 sw $t0, 4($sp) #σώζουμε $t0 sw $s0, 0($sp) #σώζουμε $s0 add $t0, $a0, $a1 add $t1, $a2, $a3 # f=(g+h) (i+j); sub $s0, $t0, $t1 add $v0, $s0, $zero lw $s0, 0($sp) #επαν. $s0 lw $t0, 4($sp) #επαν. $t0 lw $t1, 8($sp) #επαν. $t1 addi $sp, $sp, 12 jr $ra # πίσω στον caller 8

11 leaf_example: addi $sp,$sp,-12 sw $t1, 8($sp) #σώζουμε $t1 sw $t0, 4($sp) #σώζουμε $t0 sw $s0, 0($sp) #σώζουμε $s0 add $t0, $a0, $a1 add $t1, $a2, $a3 sub $s0, $t0, $t1 add $v0, $s0, $zero lw $s0, 0($sp) #επαν. $s0 lw $t0, 4($sp) #επαν. $t0 lw $t1, 8($sp) #επαν. $t1 addi $sp, $sp, 12 jr $ra # πίσω στον caller Σύμβαση: ΔΕ ΣΩΖΟΥΜΕ $t0-$t9 Έτσι έχουμε: leaf_example: addi $sp,$sp,-4 sw $s0, 0($sp) #σώζουμε $s0 add $t0, $a0, $a1 add $t1, $a2, $a3 sub $s0, $t0, $t1 add $v0, $s0, $zero lw $s0, 0($sp) #επαν. $s0 addi $sp, $sp, 4 jr $ra # πίσω στον caller 9

12 Ένθετες διαδικασίες leaf procedures (διαδικασίες φύλλα): δεν καλούν άλλες διαδικασίες Δεν είναι όλες οι διαδικασίες, διαδικασίες φύλλα (καλά θα ήταν ) Πολλές διαδικασίες καλούν άλλες διαδικασίες, ακόμα και τον εαυτό τους! π.χ. int foo(int a){... f=bar(a*2);... } ή int foo(int a){... f=foo(a-1);... } 10

13 Αναδρομική διαδικασία παραγοντικού fact: addi $sp,$sp,-8 int fact (int n){ sw $ra,4($sp) #διεύθ. επιστροφής if(n<1) return(1); sw $a0,0($sp) #όρισμα n else return(n*fact(n-1)); slti $t0,$a0,1 } beq $t0,$zero,l1 addi $v0,$zero,1 addi $sp,$sp,8 jr $ra L1: addi $a0,$a0,-1 jal fact lw $a0,0($sp) lw $ra,4($sp) addi $sp,$sp,8 mul $v0,$a0,$v0 jr $ra 11

14 Εκτέλεση: Έστω ότι καλούμε fact(3) και περιμένουμε να μας επιστρέψει το αποτέλεσμα στον καταχωρητή $v0 fact: addi $sp,$sp,-8 PC sw $ra,4($sp) #διεύθ. επιστροφής sw $a0,0($sp) #όρισμα n PC slti $t0,$a0,1 beq $t0,$zero,l1 addi $v0,$zero,1 addi $sp,$sp,8 PC PC PC PC jr $ra L1: PC PC: m addi $a0,$a0,-1 jal fact PC d: lw $a0,0($sp) PC PC $sp: $ra: l d lw $ra,4($sp) PC addi $sp,$sp,8 PC $v0: 126 mul $v0,$a0,$v0 PC $a0: jr $ra PC $t0: PC βλ. m+4 m+8 PC l-8 l-16 l-24 l-32 m+8 01 finish $sp $sp $sp $sp $sp PC PC PC l l-4 l-8 l-12 l-16 l-20 l-24 l-28 l-32 l-36 l-40 m+8 m+4 m Μνήμη m+8 3 d 2 d 1 d 0... jal fact addi $a0,$zero,3 12 high low

15 Αναδρομική διαδικασία παραγοντικού int fact (int n){ if(n<1) return(1); else return(n*fact(n-1)); } Εκτός ύλης!!!! #include <stdio.h> int attribute ((regparm(3)))fact(register int n); int main(void){ printf("%d\n", fact(10));} #gcc c fact.s #gcc caller.c fact.o o exec #./exec x86 Assembly 1..globl fact 2. fact: 3. pushl %ebx 4. movl %eax, %ebx 5. decl %eax 6. jz.l4 7. call fact 8. imull %ebx, %eax 9..L3: 10. popl %ebx 11. ret 12..L4: 13. movl $1, %eax 14. jmp.l3 13

16 Πληροφορίες που διατηρούνται/δε διατηρούνται κατά τη κλήση μιας διαδικασίας Διατηρούνται Δε διατηρούνται Αποθηκευμένοι (saved) καταχωρητές: $s0 - $s7 Προσωρινοί καταχωρητές: $t0 - $t9 Καταχωρητής δείκτη στοίβας (stack pointer): $sp Καταχωρητές ορίσματος: $a0 - $a3 Καταχωρητής διεύθυνσης επιστροφής (return address): $ra Στοίβα επάνω (higher addresses) από το δείκτη στοίβας Καταχωρητές τιμής επιστροφής (return value): $v0 - $v1 Στοίβα κάτω (lower addresses) από το δείκτη στοίβας 14

17 Η επικοινωνία με τους ανθρώπους Οι υπολογιστές «καταβροχθίζουν» αριθμούς Επεξεργασία κειμένου και άλλες εφαρμογές όμως θέλουν χαρακτήρες (chars). Κώδικας ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Ένας χαρακτήρας = 1 byte = 8 bits Οι λειτουργίες σε chars είναι πολύ συχνές- ο MIPS παρέχει εντολές για μεταφορά bytes. lb $t0, 0($s1) # ανάγνωση ενός byte load byte sb $t1, 0($s2) # αποθήκευση ενός byte store byte H lb φορτώνει ένα byte στα λιγότερο σημαντικά bits ενός καταχωρητή. Η sb αποθηκεύει το λιγότερο σημαντικό byte στη μνήμη. 15

18 Η επικοινωνία με τους ανθρώπους Αντιγραφή συμβολοσειράς (string) void strcpy(char x[], char y[]){ int i; i = 0; while((x[i] = y[i])!= \0 ) /* αντιγραφή και έλεγχος του byte */ i+=1; } Πώς είναι η assembly MIPS του παραπάνω κώδικα C; 16

19 Η επικοινωνία με τους ανθρώπους void strcpy(char x[], char y[]){ int i; i = 0; while((x[i] = y[i])!= \0 ) i+=1; } Base address x: $a0 Base address y: $a1 i αντιστ. στον $s0 strcpy: addi $sp,$sp,-4 #χώρος για να sw $s0, 0($sp) #σωθεί ο $s0 add $s0,$zero,$zero # i 0 L1: add $t1,$s0,$a1 #$t1 i+x lb $t2,0($t1) #$t2 M[i+x] add $t2,$s0,$a0 #$t2 i+y sb $t2,0($t3) #$t2 M[i+y] beq $t2,$zero,l2 #είναι $t2==0? addi $s0,$s0,1 # i += 1 j L1 L2: lw $s0, 0($sp) #ανάκτησε τον $s0 addi $sp,$sp,4 #διόρθωσε στοίβα jr $ra #πίσω στον καλούντα 17

20 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.